Çin, Yapay Güneş Üretmedi! HL-2M Tokamak ve EAST Projesi Nedir?

Gerçek Ne?

Çin, nükleer füzyon reaktörleri geliştirme yönünde önemli sayılabilecek bir deney yapmış olsa da, ürettikleri sistemin "yapay güneş" olarak adlandırılmaktan çok ama çok uzaktır.

İddianın Kökeni

Aralık 2020'de Çin'de yapılan bir nükleer füzyon reaktörü deneyinin sonuçları ilan edildi. Buna bağlı olarak, Türkiye ve Dünya'daki sayısız yerel medya, Çin'in "yapay bir güneş" ürettiğini veya "Güneş'i taklit etmeyi başardığını" yazdı (en azından tık tuzağı başlıklarında bu iddialara yer verdiler). Sosyal medyada bu iddialar, aynı başlıklarla ve genellikle çok yanlış anlatılan şekillerde hızla yayıldı.^[1]

Bilgiler

Atom bombaları ve nükleer santraller, nükleer fisyon (parçalanma) adı verilen fiziksel bir süreci kullanır. Radyoaktif ve büyük kütleli bir element, nötron gibi bir parçacıkla bombardımana tutulur ve radyoaktif element, bu çarpmanın etkisiyle bozunarak, enerji açığa çıkarır. Parçalanma sırasında daha fazla nötron açığa çıkar ve bu nötronlar da, civardaki diğer radyoaktif elementlere çarparak zincirleme bir süreç başlatırlar. Bu, kontrolsüz olarak yapılırsa bir atom bombası, kontrollü bir şekilde yapılırsa nükleer santraller elde edilir.

Bundan çok daha yüksek enerji elde etmenin yolu ise, füzyon (birleşme) reaksiyonlarıdır. Güneş gibi yıldızların içerisinde, hidrojen gibi küçük kütleli elementler bir araya gelerek helyum gibi daha iri kütleli elementleri oluştururlar ve bu sırada enerji açığa çıkarırlar. Bu reaksiyon, örneğin Güneş'te 4.6 milyar yıldır devam etmektedir ve en azından 5 milyar yıl boyunca daha devam edeceği öngörülmektedir.

Ne yazık ki teknolojimiz, bu reaksiyonu makul düzeyde stabil bir şekilde çalıştıran bir sistem geliştirmeyi henüz başaramamıştır. Ancak daha önce de duyurduğumuz gibi, füzyon reaktörlerine yönelik deneysel çalışmalar yıllardır devam etmektedir. Bunu başarmamız halinde, tüketilen yakıt başına açığa çıkan enerji bakımından devrim sayılabilecek bir atılım gerçekleşmiş olacaktır. Öyle ki, teoride, tuzlu suyu bile kullanarak muazzam bir enerji üretmek mümkün olabilecektir.^{[2], [3]}

Eğer bu başarılabilecek olursa, CO₂ gibi çevreye zararlı atıkları olmayan, ana yakıt olarak kullanabileceğimiz hidrojen ve lityumun Dünya'nın her yerinde bolca bulunduğu, çok önemli bir enerji kaynağına ulaşmamız mümkün olacak. Füzyon reaktörlerinin tek atığı bir soygaz olan ve kolay kolay tepkimeye girmeyen helyum gazı olacak. Reaktör içerisinde tüketilen ve üretilen trityum ise, reaktör içerisinde korunmalı bir şekilde kalmaya devam edecek (ve zaten çok az miktarda kullanılması gerekecek).

Modern nükleer reaktörlerin aksine, füzyon reaktörlerinde zincirleme tepkimeler bulunmuyor, bu nedenle de bir nükleer patlama yaşanması ihtimali bulunmuyor. Hatta füzyon reaktörlerinde kullanılan plazmanın, az sonra göreceğimiz gibi muazzam sıcaklıklarda tutulması gerekiyor; ancak bir hata oluşup da plazma dışarı sızacak olsaydı, füzyon reaktörünün kendi iç dinamikleri nedeniyle plazma sadece birkaç saniye içerisinde kendi kendine sönerdi ve hiçbir hasar yaratamazdı. Bu, füzyon reaktörlerini yapısal olarak güvenli bir araç haline getirmektedir.^[4]

Ayrıca her ne kadar hidrojen bombalarında füzyon reaksiyonundan faydalanılsa da, bombayı patlatmak için diğer atom bombalarında da olduğu gibi fisyon reaksiyonuna da ihtiyaç duyulmaktadır; füzyon reaktörlerinde ise fisyon reaksiyonları bulunmaz. Bu nedenle silah yapımında da kullanılması mümkün gözükmemektedir.

İşte Çin Ulusal Nükleer Firması (İng: "China National Nuclear Corporation" ya da kısaca "CNNC"), 5 Aralık 2020 tarihinde HL-2M Tokamak adını verdiği bir deney cihazını aktive ederek, füzyon reaksiyonları denemelerine bir yenisini ekledi.

Çin'in Deneyi Hakkında Medyada Abartılan Noktalar

Öncelikle, medyada bunun neden "yapay Güneş" olarak pazarlandığını ele alalım. Bir füzyon deneyi olmasının yanı sıra, reaktörün sıcaklığı 150 milyon derece sıcaklığa erişti. Kıyaslayacak olursanız Güneş, sadece 15 milyon derece sıcaklıktadır. Ne var ki bir şeyi "Güneş'ten bile sıcak" yapmak bir şeydir; onu stabil bir şekilde sürdürüp, ondan verimli bir şekilde enerji elde edebilmek bambaşka bir şey... Örneğin HL-2M Tokamak deneyi, 4.6 milyar yıl bir yana dursun, sadece birkaç saniyede sönmüştür.

Medyadaki bir diğer yanıltıcı nokta, bu tür bir deneyin eşsiz benzersiz olduğu yönündedir. Halbuki HL-2M Tokamak, bu tür bir denemenin ilki değildir, sonuncusu da olmayacaktır. Örneğin Fransa'nın güneyinde inşa edilmekte olan Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktörü (İng: "International Thermonuclear Experimental Reactor" ya da kısaca "ITER") de benzer şekilde 150 milyon derece sıcaklığa kadar çıkabilecektir.

Benzer şekilde, bir reaktör deneyi yapmak, reaktöre sahip olduğunuz anlamına gelmemektedir: Çin'in HL-2M Tokamak deneyinde 2-3 megaamperlik bir elektrik akımı üretilebilmiştir. Bu da çığır açan bir başarı sayılmaz; çünkü benzer şekilde, İngiltere'de bulunan Avrupa Torusu reaktörü (İng: "European Torus"), 40 yıldır deneysel çalışmalara ev sahipliği yapmaktadır ve bu tesisten bugüne kadar 7 megaampere ulaşan düzeyde elektrik akımı üretmek mümkün olmuştur.

Çin'in Deneyi Neden Önemli?

Çin, son birkaç yıldır çok agresif bir temiz enerji kampanyası sürdürüyor. Bunun bir uzantısı, 2050 yılına kadar bir füzyon reaktörü geliştirmeyi içeriyor - ki bu deney, bu alanda yapılan diğer tüm deneyler gibi, buna ulaşmak yolunda önemli bir adım.

Burada, şu nokta da önemli: Bazı nükleer fizikçiler, füzyon reaktörü fikrinin uçuk, masraflı, riskli ve hatta olasılıkla başarısızlıkla sonuçlanmaya mahkum bir hayal olarak görüyorlar. Çin, bu hayalden vazgeçmeyerek, onları haksız çıkarma yönünde önemli adımlar atıyor; örneğin 2021 yılında Çin Füzyon Mühendisliği Test Reaktörü (İng: "China Fusion Engineering Test Reactor" ya da kısaca "CFETR") adını verdikleri bir tesisi açmayı planlıyorlar. Eğer bu tesis sayesinde füzyon reaktörü üretmeyi başarabilirse, teknolojik anlamda çığır açıcı olacağı kuşkusuz.

Bu deneylerin temel amacı, nükleer füzyon reaksiyonlarını birkaç saniye değil, aylarca ve yıllarca çalışacak biçimde sabitleyebilmek. Ancak şu anda bunun tam olarak nasıl yapılabileceğine dair hiçbir sağlam fikir bulunmuyor - ki işte, HL-2M Tokamak aracının çalıştırıldığı Deneysel İleri Süperiletken Tokamak (İng: "Experimental Advanced Superconducting Tokamak" ya da kısaca "EAST") tesisinde araştırılan temel konu da bu. Dahası, bu kadar yüksek sıcaklıklarda (HL-2M'nin 200 milyon santigrat dereceye ulaşması bekleniyor) tesisin güvenliğinin nasıl sağlanacağı da büyük bir soru işareti.

İşte HL-2M Tokamak deneyinin en büyük başarısı, tesisin bu kadar yüksek sıcaklığa en azından birkaç saniye boyunca dayanabilmesi oldu. Deney süresince reaksiyondan açığa çıkan atık malzemeler, deney düzeneğinin duvarlarını saniyeler boyunca dövdü; ancak deney planlandığı gibi devam edebildi. Aslında "atık" demek yanıltıcı olur; çünkü bunlar sadece reaksiyon süresince üretilen nötronlar. Bu nötronlar, deney düzeneğinin bulunduğu duvarları dövdükçe, bunları aşındırıyor ve parçalıyor. İşte bu, çözülmesi gereken ana problem.

Ne yazık ki bu düzeydeki basınca ve çarpışmaya bir reaktörün aylarca veya yıllarca dayanması imkansız gözüküyor. Yani sorun sadece fizik mühendisliği sorunu değil, aynı zamanda bir malzeme mühendisliği ve inşaat mühendisliği problemi. Buna dayanabilecek malzeme ve yapıların inşa edilebilmesi gerekiyor.

Şimdilik, füzyon reaktörlerinden elde edilen güç sadece 10 megawatt civarında ve ITER gibi teknolojiler, bunu 21. yüzyılın ikinci yarısına kadar 500 MW düzeyine çıkarmayı hedefliyor (ortalama bir nükleer reaktör ise 1.000-3.500 MW güç üretebilir). En erken ticari olarak işlevsel füzyon reaktörünün 2040 yılında üretilmesi beklenmektedir - ki bugüne kadar bu reaktörlerin teknolojilerinde yaşanan aksaklıklar göz önüne alınacak olursa, bu tarih bile fazlasıyla iyimser gözükmektedir.